基于工藝選用目錄的火箭制造技術(shù)評估體系建設(shè)與實踐

熊占兵、馬康、鄧?yán)?、王鵬飛 /天津航天長征火箭制造有限公司

技術(shù)評估由美國眾議院科學(xué)技術(shù)委員會于1966年提出，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于政府制定政策、技術(shù)規(guī)劃和確定開發(fā)項目等活動中。在制造企業(yè)中，技術(shù)評估可以起到“預(yù)警”和“預(yù)言”作用。技術(shù)應(yīng)用之前，通過對技術(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)分析、權(quán)衡利弊，可評判該技術(shù)是否適合引進(jìn)、推廣、應(yīng)用，為企業(yè)指明技術(shù)發(fā)展方向；在技術(shù)應(yīng)用之后進(jìn)行評估，可評判技術(shù)是否應(yīng)革新、淘汰或繼續(xù)應(yīng)用，幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)潛在問題并提出改進(jìn)方向。

工藝選用目錄是在產(chǎn)品制造過程中建立的各類制造工藝清單，目錄中的制造工藝經(jīng)過工藝鑒定和產(chǎn)品飛行確認(rèn)，技術(shù)可靠、穩(wěn)定。建立工藝選用目錄可以提高不同型號間工藝技術(shù)的一致性，有助于重大或關(guān)鍵的工藝技術(shù)狀態(tài)變化管控。

一、工藝選用目錄的建立方法

為建立工藝選用目錄，首先應(yīng)依據(jù)工藝專業(yè)分類（見表1）確定涉及的工藝類別。為了在工藝類別的基礎(chǔ)上對工藝進(jìn)一步細(xì)化分解，制定了以下原則：

表1 工藝專業(yè)分類

由于技術(shù)原理不同引起的工藝方法差異應(yīng)進(jìn)行區(qū)分，如熔焊、攪拌焊；

由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同引起的工藝方法差異應(yīng)進(jìn)行區(qū)分，如框環(huán)類、桁梁類零件加工方法；

由于材料/毛坯形式不同引起的工藝方法差異應(yīng)進(jìn)行區(qū)分，如鈦合金零件與鋁合金零件機加工；

由于技術(shù)或質(zhì)量（精度、熱表處理要求等）要求不同引起的工藝方法差異應(yīng)進(jìn)行區(qū)分，如真空熱處理和普通熱處理等；

由于使用的工具（工裝、設(shè)備）不同等引起的工藝方法差異應(yīng)進(jìn)行區(qū)分，如自動鉚接與手工鉚接；

其它，如操作環(huán)境等不同引起的工藝方法差異。

運載火箭制造企業(yè)的任務(wù)是箭體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)零部組件的制造和裝配，主要涉及工藝專業(yè)分類中的裝配、測試與試驗、機械加工、鈑金、焊接、鉚接、表面處理、熱處理、膠接、噴涂（涂覆）、電加工、無損檢測、電子裝聯(lián)、清潔、標(biāo)記等15項技術(shù)。

二、技術(shù)評估方法

1.評估指標(biāo)的選擇和設(shè)計

技術(shù)評估的主要內(nèi)容是對技術(shù)價值的評價和技術(shù)成熟度的評價。筆者結(jié)合天津航天長征火箭制造有限公司的技術(shù)現(xiàn)狀及需求，提出了一套定性與定量相結(jié)合的評估指標(biāo)，該套指標(biāo)以工藝技術(shù)目錄中的工藝方法為評估對象，對每個指標(biāo)進(jìn)行級別劃分并將其分值化，以便統(tǒng)計分析。

技術(shù)價值的評估包括戰(zhàn)略價值、唯一性、先進(jìn)性3個方面。

（1）戰(zhàn)略價值

戰(zhàn)略價值是指技術(shù)的應(yīng)用能給公司創(chuàng)造的價值及對實現(xiàn)公司戰(zhàn)略目標(biāo)的重要性。專業(yè)技術(shù)的戰(zhàn)略價值可劃分為重要戰(zhàn)略價值、一定戰(zhàn)略價值、普通戰(zhàn)略價值3檔。將其進(jìn)行分值化，分別為5分、3分、1分。

（2）唯一性

唯一性是指該項技術(shù)在國際、國內(nèi)或行業(yè)內(nèi)是否唯一，可劃分為國際唯一、國內(nèi)唯一、行業(yè)唯一、其它4檔。將其進(jìn)行分值化，分別為5分、4分、3分、1分。

（3）先進(jìn)性

先進(jìn)性體現(xiàn)在該技術(shù)的自動化與創(chuàng)新性及與其它技術(shù)的差距性，可劃分為國際領(lǐng)先、國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先、國內(nèi)先進(jìn)/行業(yè)領(lǐng)先、其它5檔。將其進(jìn)行分值化，分別為5分、4分、3分、2分、1分。

技術(shù)價值的評價采用定性和定量相結(jié)合的評價方法，尤其是對戰(zhàn)略價值的評價，帶有較強的主觀性。技術(shù)成熟度的評價則主要采用了定量的評價方法。

技術(shù)成熟度主要是指工藝成熟度，是指產(chǎn)品工藝實現(xiàn)過程中滿足設(shè)計要求、質(zhì)量、生產(chǎn)周期、成本等指標(biāo)的程度，可劃分為成熟、較成熟、一般、不成熟4個等級（見表2）。將其進(jìn)行分值化，分別為5分、3分、1分、0分。

表2 技術(shù)成熟度等級分類及說明

成熟度下設(shè)驗證充分性、工藝穩(wěn)定性、可操作性、可檢測性4個重要因子與完整性、適用性、繼承性、經(jīng)濟性、安全性、防差錯性、環(huán)境友好性7個一般因子。每項因子定義為優(yōu)秀、良好、一般、較差4個等級，組合成不同的分析矩陣值，具體示例如表3所示。

技術(shù)成熟的評價流程如下：

依據(jù)表3確定重要因子和一般因子的分析矩陣值和數(shù)量，先重要因子，后一般因子；

表3 技術(shù)成熟度分析模型矩陣示例

度量重要因子分析矩陣值和數(shù)量，依據(jù)表4、表5，確定初評區(qū)域，分為“成熟或較成熟”“較成熟或一般”“一般或不成熟”“不成熟”4個區(qū)域；

表4 技術(shù)成熟度評級表

表5 重要因子具體組合表

度量一般因子分析矩陣和數(shù)量，依據(jù)表4、表6確定升降級區(qū)，分為“高級區(qū)”“次級區(qū)”“降級區(qū)”；

表6 一般因子具體組合表

綜合上述第2步驟的初評區(qū)和第3步驟的升降級區(qū)域，確定最終等級。其中“高級區(qū)”表示在第2步初評區(qū)的基礎(chǔ)上選定高級別的成熟度，“次級區(qū)”表示在第2步初評區(qū)的基礎(chǔ)上選定次級別的成熟度，“降級區(qū)”表示在第2步初評區(qū)的次級別基礎(chǔ)上再降一級。

通過對11項影響因子進(jìn)行綜合等級評定，最終確定工藝成熟度。由于不成熟工藝無法進(jìn)入工藝選用目錄，因此在成熟度評級中無不成熟項目。

綜上所述，評估指標(biāo)及分值見表7。按各項指標(biāo)對工藝方法進(jìn)行評估，計算各項指標(biāo)得分總和，可得到該項工藝方法的得分。

表7 技術(shù)評估指標(biāo)及分值

2.評估結(jié)果的統(tǒng)計方法

評估后的數(shù)據(jù)分析過程尤為重要，決定著結(jié)果是否客觀、可信。為得到真實、準(zhǔn)確的評價結(jié)果，采用直方圖形式展示統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并采用分層法進(jìn)行進(jìn)一步分析，即從車間、專業(yè)、單項指標(biāo)等不同層次開展數(shù)據(jù)分析。理論上技術(shù)評估結(jié)果呈現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布狀態(tài)是最優(yōu)狀態(tài)，圖1展示了幾種可能出現(xiàn)的非正常狀態(tài)。

圖1 評估結(jié)果可能出現(xiàn)的非正常狀態(tài)

3.評估結(jié)果

（1）總體情況

對公司234項工藝方法按評估指標(biāo)打分并繪制直方圖，結(jié)果如圖2所示，基本符合正態(tài)分布，呈左右對稱，無孤島、峭壁等異常情況，中位數(shù)為11.5分，平均分10.6分。從公司評估結(jié)果來看，分布中心較中位數(shù)偏左，表明總體技術(shù)水平較期望水平偏低。

圖2 公司技術(shù)評估得分分布

戰(zhàn)略價值平均得分2.8分，得分接近平均分，說明當(dāng)前技術(shù)的應(yīng)用基本可支撐公司戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)，隨著公司的發(fā)展，后續(xù)可考慮淘汰或改進(jìn)戰(zhàn)略價值較低的技術(shù)，引進(jìn)戰(zhàn)略價值高的技術(shù)；唯一性平均得分1.9分，先進(jìn)性平均得分1.7分，唯一性和先進(jìn)性平均得分較平均值偏低，表明在技術(shù)自動化、創(chuàng)新性等方面與國際、國內(nèi)先進(jìn)水平還存在差距，后續(xù)應(yīng)在智能制造等領(lǐng)域重點突破，以提升技術(shù)的唯一性和先進(jìn)性；成熟度平均得分4.2分，得分遠(yuǎn)高于平均分，表明公司現(xiàn)有專業(yè)技術(shù)水平比較成熟。

（2）各部門主要專業(yè)評估結(jié)果分析

公司主要加工專業(yè)為機械加工、鈑金、熱處理、表面處理、噴涂與涂覆、焊接、鉚接、總裝、測試與試驗，各專業(yè)具體得分見表8，各專業(yè)的得分分布如圖3所示。

表8 各專業(yè)得分情況

機械加工工藝平均得分為10.4分，略低于公司整體平均得分10.6分。表明現(xiàn)有技術(shù)比較成熟，戰(zhàn)略價值和先進(jìn)性得分偏低。后續(xù)，應(yīng)重點提升工藝的先進(jìn)性，如采取自動建模及自動編程等和改進(jìn)升級設(shè)備、工裝2個方面進(jìn)行工藝改進(jìn)。

鈑金專業(yè)平均得分為10.43分，略低于公司整體平均得分10.6分?？梢钥闯霈F(xiàn)有技術(shù)比較成熟，但唯一性和先進(jìn)性得分偏低，主要原因是大部分鈑金件手工修整工作較多，勞動強度大，工作效率低，可以考慮采用柔性成形技術(shù)和采用專用工裝改進(jìn)現(xiàn)有鈑金成形工藝。

表面處理專業(yè)平均得分為11.1分，高于公司整體平均得分10.6分。表明現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)成熟，而唯一性和先進(jìn)性得分偏低，應(yīng)重點提升，如在電鍍工藝方面，可以探索管理監(jiān)控信息平臺建設(shè)，構(gòu)建電鍍工藝全流程信息管理系統(tǒng)，實時采集關(guān)鍵參數(shù)并控制關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，在環(huán)境監(jiān)控實施過程中實現(xiàn)對重點工藝的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、日常運維以及排水排氣污染源監(jiān)測等環(huán)節(jié)的可視化、信息化管理。

噴涂、涂覆專業(yè)平均得分為10.7分，高于公司整體平均得分10.6分。說明現(xiàn)有噴涂、涂覆技術(shù)成熟。噴涂、涂覆工藝有較多手工操作，因此在其先進(jìn)性上評估得分較低，在后續(xù)發(fā)展中逐步提高生產(chǎn)自動化水平，實現(xiàn)自動噴涂技術(shù)全面覆蓋。

焊接技術(shù)得分大部分在9～12分，平均得分為12.45分，高于公司平均分10.6分。數(shù)據(jù)表明現(xiàn)有焊接技術(shù)成熟、戰(zhàn)略價值較高，在先進(jìn)性與唯一性方面得分較低，存在較大的提升空間。提升先進(jìn)性可以考慮以下幾個方面：一是進(jìn)一步擴展攪拌摩擦焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，實現(xiàn)5m直徑貯箱攪拌摩擦焊的工程應(yīng)用；二是推廣先進(jìn)攪拌摩擦焊接技術(shù)，如雙軸肩攪拌摩擦焊、攪拌摩擦點焊、拉拔式摩擦塞補焊等；三是提升現(xiàn)有焊接技術(shù)的數(shù)字化水平，建立焊接工藝數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)的信息化管理。

鉚接工藝多數(shù)得分為9～10分，平均得分為10.82分，略高于公司整體平均得分10.6分。說明現(xiàn)有技術(shù)較成熟，但唯一性和先進(jìn)性得分較低，存在提升空間。提升先進(jìn)性可從3個方面入手：一是手工鉆鉚仍存在一定比例，工作強度大、環(huán)境差、周期長且鉚接質(zhì)量一致性差，減少手工鉆鉚，增加自動鉆鉚；二是現(xiàn)存的自動鉆鉚設(shè)備仍存在許多不足，自動鉆鉚設(shè)備功能（定位、鉆孔、吸塵、送釘、鉚接等工序過程）、效率和精度仍有較大提升空間；三是先進(jìn)鉆鉚工藝相對匱乏，需深入研究無頭鉚釘自動鉆鉚工藝、長壽命連接工藝等。

圖8 各專業(yè)得分情況

總裝專業(yè)平均得分為11.3分，高于公司平均值10.6分。當(dāng)前大部分裝配工作均通過手工操作完成，后續(xù)可重點從以下2個方面進(jìn)行提升：一是可重點針對技術(shù)的先進(jìn)性進(jìn)行提升，應(yīng)通過自動化裝備、儀器的應(yīng)用來進(jìn)一步提升相關(guān)專業(yè)先進(jìn)性；二是可通過改善和提升可操作性、防差錯性等手段進(jìn)一步提升相關(guān)技術(shù)的成熟度。

測試與試驗專業(yè)平均得分11.1分，高于公司平均值10.6分。測試與試驗專業(yè)主要有2個方向，一是貯箱焊接后的試驗，二是總裝完成后的出廠測試。出廠測試專業(yè)基本實現(xiàn)了自動化測試，后續(xù)工作的重點應(yīng)關(guān)注測試流程的優(yōu)化和測試防錯設(shè)計；貯箱焊接后的試驗專業(yè)技術(shù)較為成熟，后續(xù)應(yīng)重點關(guān)注過程數(shù)據(jù)的自動采集、分析能力。

筆者提出了一套系統(tǒng)、科學(xué)、定性與定量相結(jié)合的技術(shù)評估指標(biāo)及評價方法，并基于各專業(yè)工藝技術(shù)目錄對公司專業(yè)技術(shù)開展評估，評估效果基本符合公司實際情況，可作為專業(yè)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的依據(jù)，為“十四五”乃至中長期技術(shù)規(guī)劃指明了發(fā)展方向、提供了數(shù)據(jù)支撐。